4.12.结构体

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2023-12-01

结构体是一个创建更复杂数据类型的方法。例如，如果我们正在进行涉及到 2D 空间坐标的计算，我们将需要一个x和一个y值：

let origin_x = 0;
let origin_y = 0;

结构体让我们组合它们俩为一个单独，统一的数据类型：

struct Point {
    x: i32,
    y: i32,
}

fn main() {
    let origin = Point { x: 0, y: 0 }; // origin: Point

    println!("The origin is at ({}, {})", origin.x, origin.y);
}

这里有许多细节，让我们分开说。我们使用了struct关键字后跟名字来定义了一个结构体。根据传统，结构体使用大写字母开头并且使用驼峰命名法：PointInSpace而不要写成Point_In_Space。

像往常一样我们用let创建了一个结构体的实例，不过我们用key: value语法设置了每个字段。这里顺序不必和声明的时候一致。

最后，因为每个字段都有名字，我们可以访问字段通过圆点记法：origin.x。

结构体中的值默认是不可变的，就像 Rust 中其它的绑定一样。使用mut使其可变：

struct Point {
    x: i32,
    y: i32,
}

fn main() {
    let mut point = Point { x: 0, y: 0 };

    point.x = 5;

    println!("The point is at ({}, {})", point.x, point.y);
}

上面的代码会打印The point is at (5, 0)。

Rust 在语言级别不支持字段可变性，所以你不能像这么写：

struct Point {
    mut x: i32, // This causes an error.
    y: i32,
}

可变性是绑定的一个属性，不是结构体自身的。如果你习惯于字段级别的可变性，这开始可能看起来有点奇怪，不过这样明显地简化了问题。它甚至可以让你使变量只可变一段临时时间：

struct Point {
    x: i32,
    y: i32,
}

fn main() {
    let mut point = Point { x: 0, y: 0 };

    point.x = 5;

    let point = point; // `point` is now immutable.

    point.y = 6; // This causes an error.
}

你的结构体仍然可以包含&mut指针，它会给你一些类型的可变性：

struct Point {
    x: i32,
    y: i32,
}

struct PointRef<'a> {
    x: &'a mut i32,
    y: &'a mut i32,
}

fn main() {
    let mut point = Point { x: 0, y: 0 };

    {
        let r = PointRef { x: &mut point.x, y: &mut point.y };

        *r.x = 5;
        *r.y = 6;
    }

    assert_eq!(5, point.x);
    assert_eq!(6, point.y);
}

更新语法（Update syntax）

一个包含..的struct表明你想要使用一些其它结构体的拷贝的一些值。例如：

struct Point3d {
    x: i32,
    y: i32,
    z: i32,
}

let mut point = Point3d { x: 0, y: 0, z: 0 };
point = Point3d { y: 1, .. point };

这给了point一个新的y，不过保留了x和z的值。这也并不必要是同样的struct，你可以在创建新结构体时使用这个语法，并会拷贝你未指定的值：

# struct Point3d {
#     x: i32,
#     y: i32,
#     z: i32,
# }
let origin = Point3d { x: 0, y: 0, z: 0 };
let point = Point3d { z: 1, x: 2, .. origin };

元组结构体

Rust 有像另一个元组和结构体的混合体的数据类型。元组结构体有一个名字，不过它的字段没有。他们用struct关键字声明，并元组前面带有一个名字：

struct Color(i32, i32, i32);
struct Point(i32, i32, i32);

let black = Color(0, 0, 0);
let origin = Point(0, 0, 0);

这里black和origin并不是相同的类型，即使它们有一模一样的值。

元组结构体结构体的成员可以使用点标记或者解构let访问，就像常规的元组：

# struct Color(i32, i32, i32);
# struct Point(i32, i32, i32);
# let black = Color(0, 0, 0);
# let origin = Point(0, 0, 0);
let black_r = black.0;
let Point(_, origin_y, origin_z) = origin;

像Point(_, origin_y, origin_z)这样的模式也可以用于match 表达式。

一个元组结构体非常有用的情况是当他只有一个元素时，我们称之为“新类型（newtype）”模式，因为它允许创建一个区别于它包含的值的类型，同时也标明它的语义：

struct Inches(i32);

let length = Inches(10);

let Inches(integer_length) = length;
println!("length is {} inches", integer_length);

如上所示，通过解构let可以获取其中的整型值。在这里，let Inches(integer_length)将10赋值于integer_length。我们可以用点标记做到同样的事：

# struct Inches(i32);
# let length = Inches(10);
let integer_length = length.0;

几乎总是可以在使用元组结构体的地方使用struct，并可能更明确一些。我们可以这样重写Color和Point：

struct Color {
    red: i32,
    blue: i32,
    green: i32,
}

struct Point {
    x: i32,
    y: i32,
    z: i32,
}

好的名字是很重要的，同时元组结构体中的值也可以使用点语法被引用，struct提供了真实的名字，而不仅仅是位置。

类单元结构体（Unit-like structs）

你可以定义一个没有任何成员的结构体：

struct Electron {} // Use empty braces...
struct Proton;     // ...or just a semicolon.

// Use the same notation when creating an instance.
let x = Electron {};
let y = Proton;
let z = Electron; // Error

这样的结构体叫做“类单元”因为它与一个空元组类似，()，这有时叫做“单元”。就像一个元组结构体，它定义了一个新类型。

就它本身来看没什么用（虽然有时它可以作为一个标记类型），不过在与其它功能的结合中，它可以变得有用。例如，一个库可能请求你创建一个实现了一个特定特性的结构来处理事件。如果你并不需要在结构中存储任何数据，你可以仅仅创建一个类单元结构体。